e-works数字化企业网  »  文章频道  »  先进制造技术  »  三维打印

3D打印技术优劣分析与前景展望

2016/8/31    来源:互联网    作者:秦志远  张慧      
关键字:3D打印  优势与劣势  发展前景  
3D打印是最近兴起的一种快速成型的技术,现在已经引起了社会的广泛关注。3D打印技术相比传统制造技术具有不可超越的优势,但也存在着一些不足之处。本文对3D打印技术的优劣进行了分析和比较,对其发展前景进行展望,也对其发展方向提出一些可行性建议。

    3D打印技术被普遍认为是“第三次工业革命”的重要标志之一,因为它已经在各个领域给全世界带来不可预估的重大革新。依据3D打印的理念,我们能够制造各种各样我们能够设计出来的东西。

1 3D打印技术简介

    3D打印技术,在学术上又被称为“添加制造”技术,也可称做增材或增量制造。3D打印技术的主要工艺类型有以下几种,如:光固成型技术、立体光刻技术、PVC塑料复膜烫印技术以及熔融挤出成型技术和三维喷绘打印技术等。产品的类型则主要有桌面级和工业级两个级别,其中桌面级可以直观阐述3D打印技术所包含的工艺原理与流程,工业级3D打印机可划分为直接产品制造和快速原型制造两种类型。

2 3D打印技术的主要应用

    3D打印技术可以应用到各个行业,只要这个行业能够提供模型或者是原型。目前,3D打印技术已经在工业设计、航空航天、机械制造、文化艺术、军事等领域得到了较为广泛的应用。随着技术自身的发展,它的应用领域将继续扩展。这些应用主要表现在以下四个方面:

    (1)设计功能原型:设计师通过制造的原型去证明设计的合理性,同时还可以使用三维组件进行性能的测试和细致的工程评价。原型组件的制作可以大幅度提高生产效率,一般可以提升数小时到数十个小时,而且还便快速找出缺点,避免因为后期出现的工程性变更而付出不应有的代价。

    (2)模型工具制造:在企业的制造工序中,如果需要模型、夹具、测量仪器、样品、钻模等工具,就可以使用3D打印技术进行制作,就不需要在购买和安装机器上消耗大量时间和经济成本。进行铸型或浇铸,3D技术打印设备在工作制作方面有助于节约时间,减少不必要的支出,同时优化生产操作,减少人为因素的影响。

    (3)制造成品:3D打印现已成为产品制造行业的主导技术,3D打印技术与传统生产技术相比,能够大幅度降低生产成本,加快生产周期。同时可以忽略时间和空间的限制,在有必要的时候对产品进行模型修改,可以给企业在开拓小批量定制产品方面提供技术保障。

3 3D打印技术的优势与不足

3.1 3D打印技术的优势

    (1)产品的数字化制造。通过CAD/CAM等可将产品结构数字化,直接将模型甚至是图纸制造成零件。其中将零件模型化或图纸化还具有可通过互联网技术快速传播的优势,将有效推广产品制造快速化和分散化的生产优势。

    (2)产品的降维优化制造。3D打印技术可将原来的三维结构的零件解构成二维结构,然后分层进行打印即可形成成品零部件。根据3D打印技术的制造原理,任何一个复杂解构的零件都可以被制造出来,并且制造更为简单方便,更适应未来市场的发展。

    (3)产品的直接制造。对于某些复杂的零部件,传统的制造方法并不能一次成型,而是需要制造出各个零件进行后期装配,但3D打印技术的出现改变了这一状况,它可实现任意零部件的一次成型。

3.2 3D打印技术存在的问题

    (1)现有材料种类过少。目前限制3D打印技术推广的最主要因素是可用材料的缺乏。现在看来,适用于3D打印的材料只有树脂、金属和塑料等为数不多的几种。但是要实现3D打印技术在更大范围的推广,就必须研究更多的可用之“材”。现在最迫切需求的是3D打印可用的金属材料,例如钛合金、镍基合金、不锈钢等,但是这些材料的使用还在研究当中。

    (2)不完善的3D打印工艺。因为现今的3D打印工艺还不能满足生产实际的需要,打印出来的零部件精度和表面质量难以达到使用要求,所以只能作为生产制造模型使用。3D打印产品采用逐层打印的工艺,但是即使每层连接都很紧密,仍然不能和传统的锻件相比。

    (3)成品使用性能差:3D打印技术目前还处在初级阶段,所以制造产品的使用性能较差,在精度、刚度和强度等方面还存在较多不足。以目前的技术情况,3D打印技术只能达到几十毫米的精度。因此,3D打印技术不大适合使用在精度较高的研究领域。

4 前景展望

    根据国际快速制造行业权威提出的报告显示,全世界的3D打印产业的总产值在1988~2010年间保持着26.2%的速度快速增长。同时该报告还指出,未来五年时间内3D打印产业的总产值还将继续快速增长,到2016年将设备制造和服务计算在内,行业的总产值将达到31亿美元,到2020年可达52亿美元。随着3D打印技术的发展和商业应用崛起,“个性化定制”产品的大批量生产将成为典型的生产模式。将3D打印应用于现代服务业,可以细分出更多的新兴行业和商业运作模式,从而催生更多的经济发展机遇。3D打印技术的发展同时会带动行业内制造技术、产品加工技术改进和管理水平的提升,使企业能够快速响应市场需求,及时调整产品战略。

5 结语

    3D打印技术作为“第三次工业革命”的重要标志,已经不再依靠概念炒作,而是逐步进入人们的生活,体现在生活的方方面面。不难看出,3D打印技术蕴含着无限的潜力,在未来必将掀起传统制造业界内的重大变革。3D打印技术与传统制造技术应当形成优势互补,而并非只是简单的替代关系。同时我国科技工作者应该及时抓住发展机遇,注重产学研相结合以及自身创新意识的培养,注重和先进国家和地区的技术交流,不可错过3D打印技术以及诸多新技术发展的机遇期。 

责任编辑:屈婷婷
本文为授权转载文章,任何人未经原授权方同意,不得复制、转载、摘编等任何方式进行使用,e-works不承担由此而产生的任何法律责任! 如有异议请及时告之,以便进行及时处理。联系方式:editor@e-works.net.cn tel:027-87592219/20/21。
e-works
官方微信
掌上
信息化
编辑推荐
新闻推荐
博客推荐
视频推荐